[发明专利]一种掺杂木质素磺酸盐的共混膜的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种掺杂木质素磺酸盐的共混膜的制备方法及应用。制法为：首先将木质素磺酸盐或者氨基化木质素磺酸盐材料分散于聚合物溶液中，制备均一铸膜液，通过刮膜器控制膜的湿厚在300‑1500μm，制备掺杂木质素磺酸盐的共混膜；将该共混膜用于CO₂分离，具有较高的CO₂渗透系数和CO₂/N₂分离因子。本发明的优点在于：木质素磺酸盐价廉易得、易于操作；采用水作为溶剂，绿色、环保、无污染；所制得的共混膜亲水性、柔韧性好；将其应用于CO₂气体分离领域，具有优异的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种掺杂木质素磺酸盐的共混膜的制备方法及应用，属于气体分离膜技术领域。

背景技术

随着全球CO₂排放量的日益增加，加剧了全球温室效应，进而导致冰川融化、海平面上升和极端天气等自然灾害的频发，引起一系列环境问题，由此给人民生产和生活带来极大的危害。与此同时，CO₂是可以开发利用的宝贵资源，在物理和化工领域有重要的应用。因此，CO₂回收再利用是目前一项重要课题。从气体混合物中分离CO₂的方法主要有化学吸附、物理吸附、深冷分离、膜分离等。与其它分离方法相比，膜分离法高效、简便、绿色、可持续等特点成为人们研究的焦点。

气体分离关键在于膜材料的选择。在众多高分子中，聚乙烯醇是一种环境友好型高分子，它不仅具有良好的成膜能力，还有很好的抗拉强度和亲水性^[2]，是一种潜在的CO₂分离材料。但聚乙烯醇是玻璃态聚合物，具有很高的结晶度，阻碍聚乙烯醇膜在气体分离方面的应用。本发明旨在通过共混改性有效的降低了PVA膜的结晶度。

发明内容

本发明旨在提供一种掺杂木质素磺酸盐的共混膜的制备方法及应用。

聚乙烯醇因为水溶性好、无毒、环保，是一类潜在的绿色的膜材料。为了提高聚乙烯醇膜的分离性能，本发明利用PVA很好的亲水性与木质素磺酸盐结合起来，制备出的共混膜一方面具有良好相容性，另一方面还具有很高的气体分离性能。本发明提出了聚乙烯醇、聚乙二醇和木质素磺酸盐共混，制备性能优异的共混膜。具体的实施方法是：向聚乙烯醇聚合物基质中添加聚乙二醇、木质素磺酸盐或者改性的木质素磺酸盐等大分子盐类，制备掺杂大分子盐类的聚合物共混膜。该类膜具备聚合物材料成膜性好、易于规模化生产、成本低、气体小分子能在膜内有效传递等优点，同时也具备大分子盐类对CO₂具有较好的亲和性的优点。

本发明提供了一种掺杂木质素磺酸盐的共混膜的制备方法，首先将聚合物基质、添加剂加入到水溶液，充分搅拌均匀制成均一铸膜液，采用溶液流延法制备出掺杂木质素磺酸盐的气体分离膜；所制备的掺杂木质素磺酸盐的共混膜为均质致密膜。

所述聚合物基质为聚乙烯醇高分子；所述添加剂为聚乙二醇和木质素磺酸盐；选用的溶剂为去离子水。

上述方案中，木质素磺酸盐包括商业化购买的木质素磺酸盐或氨基化改性的木质素磺酸盐；所述木质素磺酸盐为钠盐、钾盐、钙盐或镁盐中的任一种。

本发明提供了一种掺杂木质素磺酸盐的共混膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）取聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸盐按照质量比为100：（5~30）：（2~15）加入到去离子水中，保证聚乙烯醇在去离子水中的质量分数为2~15 wt%；

（2）采用磁力搅拌器在温度为25~40℃、转速为100~800rpm下搅拌4~12h获得均一的溶液，通过碱性试剂调节溶液的pH值在8~12之间；

（3）升高温度到50~80℃，按照0.2~5mL/min的滴加速度逐滴加入交联剂，搅拌60~180min后，在20~30℃恒温脱泡12~24h制得均一铸膜液；